107年:醫物幅安(2)

有關光子與物質作用的敘述,下列何者錯誤?

A發生光電效應時,入射光子將能量全轉移給電子
B發生光電效應時,有可能伴隨產生奧杰電子( Auger electron )
C發生康普吞效應( Compton effect )時,入射光子( E<100 MeV )不可能將能量全交由電子
D發生成對發生時,其電子-正子對( electron-positron pair )的總動能等於入射光子能量減去散射光子能量

詳細解析

本題觀念:

本題為反向題(問「何者錯誤」),考光子與物質三大交互作用:光電效應(photoelectric effect)、康普吞效應(Compton effect)、成對發生(pair production)的物理特性。

選項分析

(A) 發生光電效應時,入射光子將能量全轉移給電子 正確陳述。 光電效應中,入射光子被原子的內層(多為 K 層)電子完全吸收,光子消滅,其全部能量轉移給光電子:Eke=hνEbindingE_{ke} = h\nu - E_{binding}。光子完全消失(無散射光子),屬全能量轉移。

(B) 發生光電效應時,有可能伴隨產生奧杰電子(Auger electron) 正確陳述。 光電效應後,內層電子空缺由外層電子遞補,釋放出的能量可以兩種形式放出:

  1. 特性 X 光(characteristic X-ray)
  2. 奧杰電子(Auger electron):若能量轉移給另一個軌域電子而非以光子形式放出

兩者為競爭關係,奧杰產率(Auger yield)在低原子序元素中較高。

(C) 發生康普吞效應時,入射光子(E < 100 MeV)不可能將能量全交由電子 正確陳述。 康普吞效應(Compton effect)是光子與外層自由電子(或弱束縛電子)的非彈性碰撞,碰撞後:

  • 散射光子(

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